GIORNATA STUDIO VIESSMAN Le pompe di calore I refrigeranti

Agenzia nazionale per le nuove tecnologie, l’energia e lo
sviluppo economico sostenibile
GIORNATA STUDIO VIESSMAN
Le pompe di calore
I refrigeranti naturali nelle pompe di calore: l’R744 (CO2)
Aspetti Legislativi: Dlgs 28/2011 e D.M. 28 dicembre 2012
C.R. ENEA di CASACCIA, 22 gennaio 2013
Referente scientifico:
Ing. Andrea Calabrese
[email protected]
www.climatizzazioneconfontirinnovabili.enea.it
Agenzia nazionale per le nuove tecnologie, l’energia e lo sviluppo
economico sostenibile
L’ENEA IN ITALIA…e non solo:
Agenzia nazionale per le nuove tecnologie, l’energia e lo sviluppo
economico sostenibile
Il C.R. ENEA di Casaccia:
Il Centro Ricerche della Casaccia è il più
grande Centro di Ricerca dell’ENEA e si
caratterizza per il complesso di laboratori
e impianti sperimentali e dimostrativi a
supporto dei programmi di ricerca. Si
estende su una superficie di circa 90
ettari, suddivisi in due aree separate
dalla via Anguillarese, e conta 190 edifici
destinati a uffici, laboratori, impianti e
infrastrutture di servizio per un volume
complessivo di circa 720.000 m3.
I dipendenti ENEA con sede di lavoro nel
Centro Casaccia sono 1185 (401 donne,
784 uomini).
Oltre al personale ENEA, ogni giorno
sono presenti in media altre 250-300
persone tra: borsisti e laureandi italiani,
borsisti stranieri, visitatori italiani e
stranieri, personale di ditte appaltatrici.
“Nuove apparecchiature per la climatizzazione”
“Nuove apparecchiature per la climatizzazione”
TIPOLOGIE DI POMPE DI CALORE:
• A COMPRESSIONE
- Elettriche in cui il compressore è azionato da motore elettrico
- A gas in cui il compressore è azionato da un motore a gas
• AD ASSORBIMENTO
- Le pompe di calore ad assorbimento, analogamente agli impianti
frigoriferi ad assorbimento, sfruttano la solubilità e l’elevata affinità
tra due sostanze, di cui una funziona da refrigerante e l’altra da
assorbente, per realizzare un ciclo dove l ’ energia introdotta è
prevalentemente termica. Il lavoro meccanico della pompa è infatti
pari a circa l’1% del calore introdotto nel generatore.
• AD ADSORBIMENTO
- Il funzionamento di questi sistemi è basato sulla capacità di alcuni
solidi porosi (es. zeoliti, gel di silice, ecc.) di assorbire reversibilmente
vapori non dannosi per l’ambiente (es. acqua).
“Nuove apparecchiature per la climatizzazione”
LA POMPA DI CALORE A COMPRESSIONE elettrica:
•
•
-
È una macchina che consente di trasferire energia termica
Da un corpo a bassa temperatura (sorgente fredda)
Ad un corpo a temperatura maggiore (sorgente calda)
Per effettuare questo trasferimento è necessario spendere, in alternativa:
energia meccanica (elettrica), che viene trasformata in calore
“Nuove apparecchiature per la climatizzazione”
LA POMPA DI CALORE A COMPRESSIONE con motore a gas:
“Nuove apparecchiature per la climatizzazione”
MACCHINA DI CARNOT A CICLO DIRETTO:
Rappresentazione a blocchi del funzionamento di
una macchina a ciclo diretto: il sistema a più alta
temperatura fornisce alla macchina una quantità di
calore che viene in parte trasformata in lavoro ed in
parte ceduta al sistema a più bassa temperatura.
Scambiando calore fra sistemi a due temperature il
massimo rendimento si può ottenere con una
macchina di Carnot: il suo rendimento, vale a dire il
rapporto fra il lavoro utile fornito dalla macchina e la
quantità di calore ceduta dal sistema a più alta
temperatura, è funzione delle sole temperature
assolute dei due sistemi.
Il teorema di Carnot si riferisce ad una macchina
reversibile, intendendo con ciò una macchina per la
quale sia possibile invertire il senso di tutte le
trasformazioni.
“Nuove apparecchiature per la climatizzazione”
MACCHINA DI CARNOT A CICLO INVERSO:
In altri termini, se la macchina a ciclo diretto riceve la
quantità di calore Q1 dalla sorgente a temperatura T1
e cede la quantità di calore Q0 alla sorgente a
temperatura T0, trasformando in lavoro la quantità
L=Q1-Q0, la macchina inversa riceve il lavoro L,
sottrae la quantità di calore Q0 dalla sorgente a
temperatura più bassa, trasferendo la quantità di
calore Q1=L+Q0 alla sorgente a temperatura più alta.
Nel caso della pompa di calore, il risultato che
interessa è la quantità di calore ottenuta dalla
sorgente a più alta temperatura. Il comportamento
della pompa di calore è allora qualificato dal
coefficiente di effetto utile o COP:
Es. T0=0°C e T1=40°C
“Nuove apparecchiature per la climatizzazione”
PERCHE’ IL COP SI RIDUCE:
1) Le prestazioni del compressore sono caratterizzate dal suo rendimento isentropico, che è il rapporto
fra il lavoro ideale di compressione (processo isentropico) e quello reale:
“Nuove apparecchiature per la climatizzazione”
PERCHE’ IL COP SI RIDUCE:
2) La trasmissione del calore da un sistema ad un altro può avvenire soltanto se esiste una differenza di
temperatura fra i due sistemi. La potenza termica scambiata Q è proporzionale alla differenza di
temperatura T ed all’area di scambio S:
Nella pompa di calore si avrà
quindi che la sorgente fredda
deve trovarsi a temperatura
superiore
a
quella
dell’evaporatore , perché possa
cedere calore ad esso e la
sorgente calda deve trovarsi a
temperatura inferiore a quella
del condensatore per ricevere
calore. Si avrà quindi un
maggior lavoro del compressore
ed una minore quantità di
calore sottratta alla sorgente
fredda.
sorgente calda
sorgente fredda
“Nuove apparecchiature per la climatizzazione”
PERCHE’ IL COP SI RIDUCE:
3) L’energia di pressione posseduta dal fluido è degradata nel processo irreversibile che avviene nella
valvola di laminazione, con una perdita netta di energia utilizzabile;
4) Si ha un lavoro necessario a portare a contatto evaporatore e condensatore con le sorgenti termiche.
Ad esempio, in una pompa di calore che lavora con l’aria esterna, l’aria viene fatta passare attraverso la
batteria dell’evaporatore con un ventilatore. Questo richiede un lavoro che va a sommarsi a quello del
compressore, riducendo il COP. Se invece la sorgente fredda è acqua sotterranea, bisogna azionare una
pompa;
5) L’efficienza del motore elettrico che aziona la pompa di calore non è unitaria;
6) Si ha anche un rendimento volumetrico del compressore. Viene definito come il rapporto fra volume
aspirato Va e volume generato Vg:
Per un basso rendimento volumetrico un compressore di data cilindrata dovrà compiere più corse per
comprimere un certo volume di gas. Ne derivano maggiori perdite per attrito ed una maggiore
dimensione della macchina per una data potenza.
All’aumentare del rapporto delle pressioni (Mandata-Aspirazione) si riduce sempre di più il volume
aspirato fino a portarsi a valori davvero molto bassi che suggeriscono in quel caso di attuare la
compressione almeno in due stadi.
“Nuove apparecchiature per la climatizzazione”
POMPA DI CALORE: FUNZIONAMENTO INVERNALE
“Nuove apparecchiature per la climatizzazione”
POMPA DI CALORE: FUNZIONAMENTO INVERNALE
RAPPORTO DI COMPRESSIONE
“Nuove apparecchiature per la climatizzazione”
POMPA DI CALORE: FUNZIONAMENTO INVERNALE
POTENZA IN CICLO INVERNALE
COP: EFFICIENZA ENERGETICA
INVERNALE
IL LAVORO DEL COMPRESSORE CONCORRE ALL’EFFETTO UTILE
“Nuove apparecchiature per la climatizzazione”
POMPA DI CALORE: FUNZIONAMENTO ESTIVO
“Nuove apparecchiature per la climatizzazione”
CICLO FRIGORIFERO DI UN GRUPPO FRIGO ELETTRICO A COMPRESSIONE:
Nel punto A’ il fluido è allo stato di liquido
sottoraffreddato e si trova in corrispondenza
dell ’ uscita del condensatore. Il passaggio
verso l ’ evaporatore è reso possibile per
effetto della diminuzione di pressione da A’ a
B realizzata attraverso una valvola di
laminazione. Per effetto della differenza di
pressione tra A’ e B una parte del liquido
evapora nel passaggio attraverso la valvola,
sottraendo calore al liquido immediatamente
a monte. Nell ’ evaporatore, il miscuglio
liquido-vapore inizia a sottrarre calore
dall’aria da raffreddare. Così facendo tutto il
refrigerante allo stato liquido passa nella
condizione di vapore saturo (punto C). Si
verifica quindi una rimozione di calore
latente. Dal punto C a C’ si effettua un
surriscaldamento del vapore, con lo scopo di
far evaporare eventuali goccioline di liquido
rimaste,
che
altrimenti
potrebbero
danneggiare il compressore. L ’ effetto
frigorifero è dato dalla differenza di entalpia
rappresentata dal tratto C ’ B. All ’ uscita
dall’evaporatore il vapore viene aspirato dal
compressore nel quale subisce un aumento di
pressione e temperatura (tratto C’D).
“Nuove apparecchiature per la climatizzazione”
CICLO FRIGORIFERO DI UN GRUPPO FRIGO ELETTRICO A COMPRESSIONE:
All ’ uscita dal compressore il gas ha un
quantitativo di calore costituito dalla somma
di quello asportato nell ’ evaporatore e di
quello corrispondente al lavoro meccanico del
compressore. Il gas surriscaldato ed a
pressione elevata, passa dal compressore nel
condensatore dove inizia a cedere il proprio
calore. Si verifica un abbassamento di
temperatura fino alla temperatura di
saturazione sulla curva (tratto DE).
Successivamente il refrigerante condensa
(tratto EA). Infine si effettua un
sottoraffreddamento del fluido allo scopo di
ottenere un maggior effetto frigorifero (tratto
AA ’ ). L ’ efficienza del ciclo frigorifero è
definita dall’Energy Efficiency Ratio (EER) pari
al rapporto tra l’effetto frigorifero e il lavoro
di compressione.
“Nuove apparecchiature per la climatizzazione”
POMPA DI CALORE: FUNZIONAMENTO ESTIVO
POTENZA IN CICLO ESTIVO
EER: EFFICIENZA ENERGETICA
ESTIVA
“Nuove apparecchiature per la climatizzazione”
RENDIMENTO ISOENTROPICO DEL COMPRESSORE
Il peggioramento del rendimento isoentropico del compressore fa aumentare il
lavoro del compressore
“Nuove apparecchiature per la climatizzazione”
RENDIMENTO ISOENTROPICO DEL COMPRESSORE
L’effetto utile invernale aumenta per cui il COP non peggiora di molto
“Nuove apparecchiature per la climatizzazione”
RENDIMENTO ISOENTROPICO DEL COMPRESSORE
L’effetto utile estivo rimane inalterato per cui EER peggiora molto
“Nuove apparecchiature per la climatizzazione”
PERCHE’ ALL’AUMENTARE DELLA TEMPERATURA DI
PRODUZIONE DELL’ACQUA CALDA DIMINUISCE LA
POTENZA E SI RIDUCE IL COP?
“Nuove apparecchiature per la climatizzazione”
L’aumento della temperatura di condensazione aumenta RC:
“Nuove apparecchiature per la climatizzazione”
L’aumento della temperatura di condensazione aumenta Lc:
“Nuove apparecchiature per la climatizzazione”
L’aumento di Lc è ancora maggiore se peggiora il rendimento del
compressore:
“Nuove apparecchiature per la climatizzazione”
A parità di rendimento del compressore diminuisce EUi:
“Nuove apparecchiature per la climatizzazione”
A parità di rendimento del compressore diminuisce EUi:
“Nuove apparecchiature per la climatizzazione”
Se il rendimento del compressore peggiora, Eui potrebbe rimanere
inalterato o addirittura aumentare
“Nuove apparecchiature per la climatizzazione”
Se il rendimento del compressore peggiora, Eui potrebbe rimanere
inalterato o addirittura aumentare
“Nuove apparecchiature per la climatizzazione”
La variazione di Eui dipende anche dal refrigerante: è leggermente
più marcata con R410A rispetto a R134a a causa della forma della
campana
R410A
R134a
“Nuove apparecchiature per la climatizzazione”
All’aumentare della temperatura di produzione dell’acqua il COP
peggiora sempre, perché Lc aumenta mentre Eui diminuisce o
rimane inalterato, a seconda del rendimento isoentropico del
compressore:
“Nuove apparecchiature per la climatizzazione”
RENDIMENTO ISOENTROPICO DEL COMPRESSORE
COMPRESSORI SCROLL
“Nuove apparecchiature per la climatizzazione”
RENDIMENTO ISOENTROPICO DEL COMPRESSORE
COMPRESSORI A VITE
“Nuove apparecchiature per la climatizzazione”
RENDIMENTO ISOENTROPICO DEL COMPRESSORE
COMPRESSORI A VITE
“Nuove apparecchiature per la climatizzazione”
RENDIMENTO ISOENTROPICO DEL COMPRESSORE
COMPRESSORI A VITE
“Nuove apparecchiature per la climatizzazione”
RENDIMENTO VOLUMETRICO DEL COMPRESSORE
La potenza dipende anche dalla massa di refrigerante spostato M
Entra in gioco il rendimento volumetrico del compressore
“Nuove apparecchiature per la climatizzazione”
RENDIMENTO VOLUMETRICO DEL COMPRESSORE
Il rendimento volumetrico diminuisce sempre all’aumentare di RC sia
per gli scroll…
“Nuove apparecchiature per la climatizzazione”
RENDIMENTO VOLUMETRICO DEL COMPRESSORE
Il rendimento volumetrico diminuisce sempre all’aumentare di RC sia
per gli scroll..che per i vite
“Nuove apparecchiature per la climatizzazione”
La diminuzione della temperatura di evaporazione aumenta RC
“Nuove apparecchiature per la climatizzazione”
La diminuzione della temperatura di evaporazione aumenta Lc
“Nuove apparecchiature per la climatizzazione”
La diminuzione della temperatura di evaporazione fa aumentare
EUi
“Nuove apparecchiature per la climatizzazione”
Il COP peggiora sempre, perché Lc aumenta percentualmente
sempre più di quanto aumenta Eui:
“Nuove apparecchiature per la climatizzazione”
La potenza dipende anche dalla densità del refrigerante che
diminuisce con la temperatura di evaporazione:
Ovviamente diminuisce anche il rendimento volumetrico del
compressore!!
“Nuove apparecchiature per la climatizzazione”
Vi è una forte dipendenza del COP dalla temperatura della
sorgente fredda e da quella del calore utile prodotto:
COP di pompe di calore di diversa qualità confrontate con il valore teorico in funzione della differenza
fra le temperature di condensazione e di evaporazione (Temp. al condensatore = Temp. Utile = 60°C)
“Nuove apparecchiature per la climatizzazione”
PRESTAZIONI DI UNA POMPA DI CALORE
La quantità di calore trasferita è proporzionale alla massa di gas che viene fatta evaporare,
compressa e fatta condensare
1. All’
’aumentare del salto di temperatura, aumenta il salto di pressione
→ il lavoro di compressione aumenta,
→ il COP diminuisce.
2. Il compressore è una macchina volumetrica: al diminuire della temperatura di evaporazione
diminuisce la densità del gas
→ diminuisce la massa di gas trasferito,
→ diminuisce la potenza utile.
3. Il compressore è una macchina volumetrica: all ’ aumentare della temperatura di
condensazione aumenta la pressione finale
→ aumenta il lavoro di compressione sull’
’unità di massa di gas trasferito,
→ aumenta la potenza assorbita dal compressore.
4. Le variazioni stagionali di temperatura delle sorgenti si ripercuotono sulle prestazioni della
macchina:
→ SCOP, Seasonal Coefficient Of Performance.
“Nuove apparecchiature per la climatizzazione”
PRESTAZIONI DI UNA POMPA DI CALORE
COP massimo teorico di una pompa di calore
(macchina di Carnot a ciclo inverso):
Temperatura della sorgente fredda: 5 [⁰C ]= 268 [K].
Temperatura della sorgente calda: 55 [⁰C ]= 328 [K].
“Nuove apparecchiature per la climatizzazione”
PRESTAZIONI DI UNA POMPA DI CALORE
Prestazioni di una pompa di calore al variare delle temperature di
condensazione e di evaporazione
(generica sorgente fredda)
“Nuove apparecchiature per la climatizzazione”
PRESTAZIONI DI UNA POMPA DI CALORE
http://www.ntb.ch/ies/competences/heat-pump-test-center-wpz.html?L=1
“Nuove apparecchiature per la climatizzazione”
COMPONENTI PRINCIPALI DI UNA POMPA ELETTRICA A COMPRESSIONE
Compressore: provvede ad aspirare il vapore di refrigerante a bassa
pressione e a portarlo alla pressione più elevata necessaria alla
condensazione a più alta temperatura.
Compressore a vite
Compressore alternativo
Compressore centrifugo a palette o rotativo
Compressore scroll
“Nuove apparecchiature per la climatizzazione”
COMPONENTI PRINCIPALI DI UNA POMPA ELETTRICA A COMPRESSIONE
Condensatore: in tale componente il refrigerante, ad alta pressione,
condensa cedendo calore alla sorgente calda o pozzo caldo. Tipologie:
-Batterie alettate: la sorgente è l’aria;
-Scambiatori a fascio tubiero: la sorgente è l’acqua;
-Scambiatori di calore a piastre saldo brasate, per piccole potenze: la sorgente è un
liquido (tipicamente acqua).
Condensatore a piastre
Condensatore a fascio tubiero
“Nuove apparecchiature per la climatizzazione”
COMPONENTI PRINCIPALI DI UNA POMPA ELETTRICA A COMPRESSIONE
Evaporatore: in tale componente il refrigerante evapora sottraendo calore
dalla sorgente fredda. Tipologie:
-Batteria alettata: la sorgente è l’aria;
-Scambiatore a fascio tubiero: la sorgente è l’acqua.
-Scambiatori di calore a piastre saldo brasate, per piccole potenze: la sorgente è un
liquido (tipicamente acqua).
Evaporatore a tubi alettati
Evaporatore a fascio tubiero
“Nuove apparecchiature per la climatizzazione”
COMPONENTI PRINCIPALI DI UNA POMPA ELETTRICA A COMPRESSIONE
Organo di laminazione: attraverso l’
’organo di laminazione il refrigerante si
raffredda e diminuisce di pressione.
La resistenza che il refrigerante liquido incontra nell’attraversare l’organo di
laminazione fa spendere ad una parte di refrigerante l’energia termica che possiede
(ed in conseguenza di ciò esso si raffredda). Tale energia viene assorbita dalla
restante parte di refrigerante che grazie ad essa vaporizza. Durante il processo di
laminazione non si ha scambio di energia termica tra refrigerante ed ambiente
esterno ma solo un trasferimento di tale energia all’interno del refrigerante stesso
(processo adiabatico). Tipologie:
-Valvola termostatica;
-Valvola elettronica.
Valvola di laminazione elettronica
“Nuove apparecchiature per la climatizzazione”
COMPONENTI PRINCIPALI DI UNA POMPA ELETTRICA A COMPRESSIONE
Rigeneratori (surriscaldatori, sottoraffreddatori): effettuano un recupero di
calore interno al ciclo con lo scopo di raffreddare il refrigerante in uscita dal
condensatore e per riscaldare il fluido in aspirazione al compressore.
Tipologie:
-
Scambiatori a piastre;
Scambiatori a fascio tubiero.
Scambiatore a fascio tubiero
“Nuove apparecchiature per la climatizzazione”
SORGENTI TERMICHE:
Terreno
Aria
-
Aria esterna;
Flusso di scarto (aria di
ventilazione).
Acqua
-
Acque superficiali (laghi, mare,
corsi d’
’acqua);
Acque sotterranee.
“Nuove apparecchiature per la climatizzazione”
SORGENTI TERMICHE:
http://www.dimplex.de/it/addetti-ai-lavori/la-tecnica-alla-portata-di-tutti/pompe-di-calore/la-tecnica-alla-portata-di-tutti-pompa-di-calore.html
“Nuove apparecchiature per la climatizzazione”
SORGENTI TERMICHE
Aria esterna
-
Liberamente ed immediatamente disponibile;
Temperatura generalmente caratterizzata da oscillazioni non trascurabili durante
l’
’anno;
Movimentazione rumorosa e con costi energetici a volte elevati;
La potenza della macchina deve essere determinata in relazione alla curva di
frequenza della temperatura dell'aria esterna (bin method);
Formazione di brina sulle alette della batteria esterna;
Al diminuire della temperatura dell’
’aria esterna cresce il fabbisogno per il
riscaldamento, mentre le prestazioni della pompa di calore decrescono.
“Nuove apparecchiature per la climatizzazione”
SORGENTI TERMICHE
Acqua
-
Caratteristiche di scambio termico migliori rispetto all’
’aria a parità di
temperatura;
Maggiore capacità termica rispetto all’
’aria a parità di temperatura;
Largamente disponibile sul nostro territorio sia sotto forma di acque superficiali
che di acque sotterranee;
Temperatura generalmente caratterizzata da oscillazioni di rado superiori ai 10⁰C
durante l’
’anno;
Si necessita di un adeguato filtraggio delle acque utilizzate;
Limiti di natura burocratico-amministrativa relativi al prelievo, allo scarico e alla
reiniezione dell’
’acqua (salto termico massimo consentito);
Problematiche relative alla variazione di portata della risorsa idrica utilizzata
durante l’
’anno.
“Nuove apparecchiature per la climatizzazione”
SORGENTI TERMICHE
Terreno
-
-
-
Le macchine utilizzate sono costituite da pompe di calore
geotermiche;
Già a qualche metro di profondità la temperatura del
terreno si stabilizza ad un valore prossimo alla media
annuale della temperatura dell’
’aria esterna;
Il terreno può essere impiegato come sorgente fredda della
pompa di calore o come pozzo termico della macchina
frigorifera con ampie possibilità all'inizio della stagione
calda di lavorare in free-cooling;
L ’ interfacciamento con il terreno può avvenire con
scambiatori a tubi orizzontali o a tubi verticali, entrambe
tecniche ormai largamente impiegate nel geotermico..
“Nuove apparecchiature per la climatizzazione”
PRESTAZIONI DI UNA POMPA DI CALORE AD ARIA
Curve di potenza termica,
frigorifera ed assorbita, di COP
invernale ed estivo e di
fabbisogno in funzione della
temperatura dell’
’aria esterna.
BALANCE POINT: punto di
intersezione tra la curva di
carico e la curva della potenza
della macchina.
(Pompa di calore ad aria).
“Nuove apparecchiature per la climatizzazione”
DIMENSIONAMENTO IMPIANTO PdC
Scelta potenza PdC: differenze con caldaia
“Nuove apparecchiature per la climatizzazione”
DIMENSIONAMENTO IMPIANTO PdC
Scelta potenza PdC: differenze con caldaia
“Nuove apparecchiature per la climatizzazione”
DIMENSIONAMENTO IMPIANTO PdC
Scelta potenza PdC: differenze con caldaia
“Nuove apparecchiature per la climatizzazione”
DIMENSIONAMENTO IMPIANTO PdC
Scelta potenza PdC: impianto con sola PdC
“Nuove apparecchiature per la climatizzazione”
DIMENSIONAMENTO IMPIANTO PdC
NO – 3 ERRORI
“Nuove apparecchiature per la climatizzazione”
DIMENSIONAMENTO IMPIANTO PdC
NO – 3 ERRORI
“Nuove apparecchiature per la climatizzazione”
DIMENSIONAMENTO IMPIANTO PdC
NO – 3 ERRORI
“Nuove apparecchiature per la climatizzazione”
PRESTAZIONI DI UNA POMPA DI CALORE AD ARIA
Coefficienti correttivi: Necessità di correggere il valore del COP per tener in considerazione i cicli di sbrinamento effettuati.
Quando la temperatura superficiale della
batteria evaporante raggiunge valori minori
di 0°C può formarsi brina sulla batteria e
diventa necessario eseguire lo sbrinamento
di quest’ultima. Per la pompa di calore la
formazione di ghiaccio è decisamente
negativa:
la
presenza
di
brina
sull’alettatura della batteria diminuisce lo
potenza scambiata, fungendo da isolante; la
brina causa l ’ aumento delle perdite di
carico della batteria e quindi provoca una
diminuzione di portata d ’ aria che
attraversa la batteria stessa.
Durante i cicli di sbrinamento periodico, che
interessa la batteria dell’unità esterna, si ha
l ’ interruzione o la riduzione dell ’ energia
termica prodotta lato “ utilizzatore ” a
vantaggio della produzione di energia
termica necessaria allo sbrinamento della
batteria. L’effetto globale della formazione
di brina è quindi la riduzione del COP della
macchina: di seguito un grafico tipico che
riporta il coefficiente correttivo della
potenza termica erogata dalla macchina in
funzione della temperatura esterna.
“Nuove apparecchiature per la climatizzazione”
PRESTAZIONI DI UNA POMPA DI CALORE AD ARIA
La presenza dei cicli di sbrinamento è rintracciabile attraverso il tipico «ginocchio»
che presenta la curva del COP al variare della temperatura dell’
’aria esterna.
“Nuove apparecchiature per la climatizzazione”
DIMENSIONAMENTO IMPIANTO PdC
NO – 3 ERRORI
“Nuove apparecchiature per la climatizzazione”
DIMENSIONAMENTO IMPIANTO PdC
CORREZIONE DEGLI ERRORI
Si potrebbe pensare di risolvere i tre errori precedenti scegliendo una
pompa di calore in grado di:
-Funzionare anche nelle condizioni più critiche;
-Produrre acqua calda sanitaria in tutte le condizioni;
-Fornire energia sufficiente anche sbrinando.
“Nuove apparecchiature per la climatizzazione”
DIMENSIONAMENTO IMPIANTO PdC
“Nuove apparecchiature per la climatizzazione”
DIMENSIONAMENTO IMPIANTO PdC
“Nuove apparecchiature per la climatizzazione”
DIMENSIONAMENTO IMPIANTO PdC
PRODUZIONE DI ACQUA CALDA SANITARIA
Per produrre A.C.S. per una doccia servono circa 25 kW
Una doccia necessita di circa 10-12 litri al minuto, 600-700 litri all’ora, per
circa 30°C di salto termico (le caldaie a produzione istantanea sono infatti
da 24 kW). Se ci sono 2 bagni, serve una caldaia con un accumulo da 50100 litri, perché comunque la potenza di una doccia è fornita
istantaneamente.
Una caldaia da 24 kW carica un accumulo da 50 litri da 4 a 6 minuti
(dipende dalla temperatura d’accumulo), uno da 100 litri in un tempo
doppio.
Per questo periodo la caldaia non alimenta il circuito di riscaldamento, ma
l’energia persa è irrisoria e la potenza della caldaia è comunque molto
superiore alla richiesta per cui l’impianto recupera.
“Nuove apparecchiature per la climatizzazione”
DIMENSIONAMENTO IMPIANTO PdC
PRODUZIONE DI ACQUA CALDA SANITARIA
“Nuove apparecchiature per la climatizzazione”
DIMENSIONAMENTO IMPIANTO PdC
PRODUZIONE DI ACQUA CALDA SANITARIA
“Nuove apparecchiature per la climatizzazione”
DIMENSIONAMENTO IMPIANTO PdC
PRODUZIONE DI ACQUA CALDA SANITARIA
“Nuove apparecchiature per la climatizzazione”
DIMENSIONAMENTO IMPIANTO PdC
PRODUZIONE DI ACQUA CALDA SANITARIA
Per tutto il periodo in cui la pompa di calore lavora sul sanitario, non può
fornire energia all’impianto.
Torna ad essere un problema energetico. Nel caso di un bagno, l’energia
mancante è 11,9 kWh: nel caso di due bagni addirittura 23,8 kWh.
Questa energia qualcuno la DEVE fornire.
SOLUZIONI
1)Si utilizza una caldaia di supporto
2)Si sfasa la produzione dell’acqua calda sanitaria (se possibile)
3)Si aumenta la potenza della pompa di calore
“Nuove apparecchiature per la climatizzazione”
DIMENSIONAMENTO IMPIANTO PdC
PRODUZIONE DI ACQUA CALDA SANITARIA
1) CALDAIA DI SUPPORTO
Sempre consigliata nei climi più freddi
Inoltre dà la possibilità di scegliere il fornitore di energia più economico
Convenienza economica:
“Nuove apparecchiature per la climatizzazione”
DIMENSIONAMENTO IMPIANTO PdC
PRODUZIONE DI ACQUA CALDA SANITARIA
2) SFASAMENTO PRODUZIONE ACQUA CALDA SANITARIA
Il sistema non deve funzionare con priorità sull’acqua calda sanitaria, ma a
tempo.
L’acqua calda sanitaria viene prodotta nelle ore più calde della giornata,
quando la richiesta di riscaldamento è limitata. In questo modo aumenta
anche il COP del sistema.
“Nuove apparecchiature per la climatizzazione”
DIMENSIONAMENTO IMPIANTO PdC
PRODUZIONE DI ACQUA CALDA SANITARIA
3) AUMENTO POTENZA POMPA DI CALORE E TERMINALI
L’ultima soluzione prevede l’aumento di potenza della pompa di calore e
dei terminali d’impianto.
Quest’ultimo aspetto è fondamentale, soprattutto nel caso di sistemi ad
alta inerzia, come il pavimento radiante.
Bisogna sempre ragionare in termini di energia da fornire all’impianto.
“Nuove apparecchiature per la climatizzazione”
CONFRONTO TRA POMPE DI CALORE E TECNOLOGIE TRADIZIONALI
Si consideri un edificio residenziale, una
villetta unifamiliare di nuova costruzione
con una superficie di circa 260 m2 situata
nel Nord Italia. La potenza termica
richiesta è di 8,5 kW, mentre quella
frigorifera è di 6,2 kW.
POMPA DI CALORE ELETTRICA
ARIA/ACQUA
SISTEMA TRADIZIONALE
Caldaia a gas metano abbinata
ad un condizionatore di tipo
split.
Si è scelto di installare un unico impianto a pompa di calore elettrica aria/acqua per il
raffrescamento, il riscaldamento e la produzione di acqua calda sanitaria. Il sistema di
distribuzione per la climatizzazione è stato realizzato con pannelli radianti a soffitto, mentre il
rinnovo e la purificazione dell’aria avvengono con recupero di calore. È stato poi integrato un
impianto solare termico. (speciale tecnico CO.AER maggio 2012)
“Nuove apparecchiature per la climatizzazione”
CONFRONTO TRA POMPE DI CALORE E TECNOLOGIE TRADIZIONALI
Rispetto ai costi di un impianto tradizionale costituito da una caldaia abbinata a un
condizionatore split, il costo della pompa di calore come apparecchio è maggiore anche se i costi
di accessori e di installazione si riducono poiché si tratta di un unico impianto. In ogni caso
rimane un maggior costo di investimento, pari a circa 2.600 euro.
“Nuove apparecchiature per la climatizzazione”
CONFRONTO TRA POMPE DI CALORE E TECNOLOGIE TRADIZIONALI
Se si analizzano i costi di esercizio dell’impianto con pompa di calore, si riscontra un risparmio di circa 1.200
euro/anno rispetto al sistema tradizionale. I maggiori risparmi si hanno nella fase invernale di riscaldamento.
Ciò significa che, nonostante un maggiore investimento iniziale di 2.600 euro rispetto all’impianto
tradizionale, i risparmi annui di 1.166 euro consentono di avere un ritorno dell’investimento in soli 3 anni e
di risparmiare, per tutti gli altri anni di vita dell’impianto, un importo di 1.166 euro/anno.
“Nuove apparecchiature per la climatizzazione”
La tariffa D2 è applicata ai contratti stipulati nelle abitazioni di residenza con impegno di potenza non
superiore ai 3 kW.
La tariffa D3 è applicata ai contratti stipulati nelle abitazioni di residenza con impegno
di potenza superiore a 3 kW e a quelli stipulati per le abitazioni non di residenza.